Sistema de Informação Geográfica (traduzindo...)
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(traduzido do artigo em inglês, em processo de revisão)
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Um sistema de informação geográfica é um sistema projetado para capturar, armazenar, manipular, analisar, gerenciar e apresentar todos os tipos de dados geográficos. Asigla GIS é usada às vezes para a ciência da informação geográfica ou estudos de informação geoespacial para se referir à disciplina acadêmica ou profissional de trabalhar com sistemas de informação geográfica. [1] Em termos mais simples, o SIG é a fusão de cartografia , análise estatística e banco de dados de tecnologia.
Um SIG pode ser pensado como um sistema digital que cria e "manipula" as informações espaciais. Geralmente, um SIG é customizado para determinados propósitos. Assim, um sistema desenvolvido para uma aplicação, jurisdição, empresa, pode não ser necessariamente interoperável ou compatível com um GIS que foi desenvolvido para algum outro fim. O que vai além de um SIG é uma infra-estrutura de dados espaciais , um conceito que não tem tais limites restritivos.
De um modo geral, o termo descreve qualquer sistema de informação que integra, cria, armazena, edita, analisa e visualiza dados georreferenciados para auxiliar a tomada de decisão.
Aplicações
GIS é um termo relativamente amplo, que pode se referir a uma série de tecnologias e processos, por isso está ligado a muitas operações em engenharia, planejamento, análise, gestão.
História
Uma das primeiras aplicações de análise espacial em epidemiologia é de 1832 "Rapport sur la marche et les effets du cólera dans Paris et le département de la Seine ". [5] O geógrafo francês Charles Picquet representados os 48 bairros da cidade de Paris por degradê de cores de acordo com o percentual de óbitos por cólera por 1.000 habitantes.
Em 1854, John Snow representado outro surto cólera em Londres usou pontos para representar os locais de alguns casos individuais – possivelmente o mais antigo método geográfico. O estudo da distribuição da cólera levou à fonte da doença: uma bomba de água contaminada dentro do coração do surto de cólera.
Enquanto os elementos básicos de topografia e temas existiam anteriormente apenas em cartografia, o mapa de John Snow era único, utilizando métodos cartográficos não apenas descrever mas também para analisar conjuntos de fenômenos geograficamente dependentes.
O início do século 20 viu o desenvolvimento de fotozincografia , o que permitiu que os mapas fossem divididos em camada – por exemplo, uma camada de vegetação e outra para água. Isto foi particularmente utilizado para contornos de impressão. A elaboração era uma tarefa trabalhosa, mas ter mapas temáticos em camada separada significava que poderia ser trabalhado sem as outras camadas para confundir o relator. Este trabalho foi originalmente desenhado sobre placas de vidro, mais tarde a película de plástico foi introduzida, com as vantagens de ser mais leve, usando menos espaço de armazenamento e sendo menos quebradiça. Quando todas as camadas são terminadas, eles são combinadas em uma imagem. Uma vez que a impressão a cores veio, a ideia de camadas também foi utilizada para a criação de placas de impressão separados para cada cor. Embora a utilização de camadas (layers) muito mais tarde tornou-se uma das principais características típicas de uma SIG contemporânea, o processo fotográfico que acabamos de descrever não é considerado como sendo um SIG em si – como os mapas eram apenas imagens sem base de dados interligada.
As tecnologias de hardwares de computador impulsionadas por pesquisas de arma nuclear levou a um desenvolvimento geral de utensílios e aplicativos de "mapeamento" no início dos anos 1960.
A partir daqui a tradução automática não foi revisada.
E, olha só, esse primeiro parágrafo está na prova! Questão de concurso, difícil! Mas quem ler aqui, como eu dei a dica, já não vai cair na pegadinha! ;)
A partir daqui a tradução automática não foi revisada.
E, olha só, esse primeiro parágrafo está na prova! Questão de concurso, difícil! Mas quem ler aqui, como eu dei a dica, já não vai cair na pegadinha! ;)
Ano de 1960 viu o desenvolvimento de SIG verdade o primeiro do mundo operacional em Ottawa, Ontário , Canadá pelo Departamento Federal de Florestas e Desenvolvimento Rural. Desenvolvido pelo Dr. Roger Tomlinson , que foi chamado oCanadá Sistema de Informação Geográfica (CGIs) e foi usado para armazenar, analisar e manipular dados coletados para o estoque de terrenos Canadá - um esforço para determinar a capacidade da terra para rural Canadá por informações sobre mapeamento solos , agricultura, recreação, animais selvagens, aves aquáticas , florestal e uso da terra em uma escala de 1:50.000. Um fator de classificação de rating também foi adicionado para permitir a análise.
CGIS foi uma melhoria sobre "computador" mapeamento de aplicações uma vez que forneceu recursos para cobertura, medição e digitalização / digitalização. Ele apoiou um sistema de coordenadas nacional que atravessava o continente, as linhas codificadas como arcos [ desambiguação necessários ] tendo um verdadeiro incorporado topologia e armazenado o atributo de localização e informações em arquivos separados. Como resultado disto, Tomlinson tornou-se conhecido como o "pai do GIS", particularmente para o uso de sobreposições na promoção da análise espacial de dados geográficos convergentes. [8]
CGIS durou até os anos 1990 e construiu um banco de dados grande recurso terrestres digitais no Canadá. Foi desenvolvido como uma de mainframe baseado no sistema de apoio de planejamento de recursos federal e provincial e de gestão. Sua força era em todo o continente análise dos complexos conjuntos de dados . Os CGIS nunca estava disponível comercialmente.
Em 1964, Howard T. Fisher formou o Laboratório de Computação Gráfica e Análise Espacial na Harvard School of Design (LCGSA 1965-1991), onde uma série de importantes conceitos teóricos na manipulação de dados espaciais foram desenvolvidos, e que na década de 1970 havia distribuído código de software seminal e sistemas, como SYMAP, GRID, e Odyssey - que serviu como fonte para posterior desenvolvimento comercial para universidades, centros de pesquisa e corporações em todo o mundo. [9]
Ao início dos anos 1980, a M & S Informática (tarde Intergraph ), juntamente com Bentley Systems Incorporated para o CAD plataforma, Environmental Systems Research Institute ( ESRI ), CARIS (Computer Aided Sistema de Informação de Recursos), e ERDAS (Terra de Recursos do Sistema de Análise de Dados) surgiu como comercial fornecedores de software GIS, com sucesso, incorporando muitas das características CGIs, combinando a abordagem de primeira geração para a separação de informações espaciais e de atributos, com uma abordagem de segunda geração para organizar os dados de atributo em estruturas de banco de dados. Em paralelo, o desenvolvimento de dois sistemas de domínio público ( MOSS e GRASS GIS ) começou no final dos anos 1970 e início de 1980. [10]
Até o final do século 20, o rápido crescimento em vários sistemas haviam sido consolidada e padronizada em plataformas relativamente poucos e os usuários estavam começando a explorar dados GIS visão sobre a Internet , exigindo que o formato dos dados e padrões de transferência. Mais recentemente, um crescente número de livres, pacotes open source GIS executado em uma variedade de sistemas operacionais e pode ser personalizado para executar tarefas específicas. Cada vez mais dados geoespaciaise aplicações de mapeamento estão sendo disponibilizados através da world wide web . [11]
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técnicas de geoprocessamento e tecnologia
Tecnologias SIG modernos usam a informação digital, para o qual vários métodos de criação de dados digitais são utilizados. O método mais comum de criação de dados é digitalização, onde uma cópia impressa plano mapa ou levantamento é transferido para um meio digital através da utilização de um programa de CAD, e georeferenciar capacidades. Com a ampla disponibilidade de orto-retificada imagens (ambos a partir de fontes de satélite e aéreas), heads-up digitalização está se tornando a principal avenida por onde os dados geográficos é extraído. Heads-up digitalização envolve o rastreamento de dados geográficos diretamente em cima das imagens aéreas, em vez de pelo método tradicional de traçar a forma geográfica em um separado mesa digitalizadora (cabeças-down de digitalização).
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informações relativas a partir de fontes diferentes
GIS utiliza espaço-temporal ( espaço-tempo local) como a variável índice de chave para todas as outras informações. Assim como um banco de dados relacional contendo texto ou números podem relacionar várias tabelas diferentes usando variáveis comuns de índice de chave, GIS pode relacionar informações de outra forma não relacionada usando local como a variável índice de chave. A chave é a localização e / ou extensão no espaço-tempo.
Qualquer variável que pode ser localizada espacialmente e temporalmente cada vez mais também, pode ser referenciado por um SIG. Locais ou extensões em Terra do espaço-tempo pode ser registrado como datas e horários de ocorrência, e x, y, z e coordena representando, longitude , latitude e altitude , respectivamente. Estas coordenadas GIS pode representar outros sistemas quantificados de temporo-espacial de referência (por exemplo, número filme frame, estação de medidor de corrente, rodovia milhas marcador, referência agrimensor, endereço construção, interseção de rua, portão de entrada, profundidade sonora, POS ou CAD desenho origem / unidades). Unidades aplicadas gravadas temporal-espacial de dados pode variar muito (mesmo quando se utiliza exatamente os mesmos dados, ver projeções de mapa ), mas toda a Terra com base em localização espacial-temporal e referências medida deve, idealmente, ser relacionáveis entre si e, finalmente, a um localização "real" físico ou extensão no espaço-tempo.
Relacionados por informações espaciais precisas, uma incrível variedade de mundo real e projetado de dados passados ou futuros podem ser analisados, interpretados e representados para facilitar a educação ea tomada de decisão . [14] Esta característica chave do SIG começou a abrir novos caminhos de investigação científica em comportamentos e padrões de antes consideradas informações do mundo real independente.
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SIG incertezas
SIG precisão depende de dados de origem, e como ele é codificado para ser dados referenciados. Agrários têm sido capazes de fornecer um alto nível de precisão posicional utilizando as posições GPS derivados. [15] de alta resolução digital de terreno e imagens aéreas, [16] os poderosos computadores, tecnologia Web, estão mudando a qualidade, utilidade, e as expectativas de SIG para servir a sociedade em grande escala, mas, no entanto, há dados de origem, que tenham um impacto sobre a precisão GIS global como: mapas em papel que não são encontrados para ser muito adequado para atingir a precisão desejada desde o envelhecimento de mapas afecta a sua estabilidade dimensional.
No desenvolvimento de uma base de dados digitais topográfico para um SIG, mapas topográficos são a principal fonte de dados. fotografia aérea e imagens de satélite são fontes extras de coleta de dados e identificação de atributos que podem ser mapeados em camadas sobre um local fac-símile de escala. A escala de um mapa geográfico e tipo de representação renderização área são aspectos muito importantes uma vez que o conteúdo da informação depende, principalmente, o conjunto de escala e locatability resultante de representações do mapa. Para digitalizar um mapa, o mapa tem de ser verificado dentro de dimensões teóricas e, em seguida digitalizados em um formato raster, e resultando dados raster tem de ser dada uma dimensão teórica por uma borracha de tecnologia de processo de lençóis / deformação.
Uma análise quantitativa de mapas traz problemas de precisão em foco. O equipamento eletrônico e outro utilizado para fazer medições para GIS é muito mais precisos do que as máquinas de análise mapa convencional. [17] Todos os dados geográficos são inerentemente imprecisas, e estas imprecisões irá se propagar através de operações de SIG de maneiras que são difíceis de prever.
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Representação de dados
Ver artigo principal: formatos GIS
Dados GIS representa objetos reais (tais como estradas, uso do solo, altitude, árvores, rios, etc) com dados digitais que determinam a mistura. Objectos reais podem ser divididos em duas abstrações: objectos discretas (por exemplo, uma casa) e campos contínua (tais como precipitação montante, ou elevações). Tradicionalmente, existem dois métodos gerais usados para armazenar dados em um SIG para ambos os tipos de abstrações mapeamento referências: imagens raster e vetores . Pontos, linhas e polígonos são o material de referências a atributos mapeados localização. Um novo método híbrido de armazenamento de dados é a de identificar nuvens de pontos, que combinam pontos tridimensionais com RGB informações em cada ponto, retornando uma " imagem a cores 3D ". Mapas temáticos de SIG, em seguida, estão se tornando mais e mais realista visualmente descritivo do que eles se propuseram a mostrar ou determinar.
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A captura de dados
Exemplo de hardware para mapeamento ( GPS e telêmetro laser ) e coleta de dados ( computador robusto ). A tendência actual para SIG é que o mapeamento preciso e análise de dados são completados enquanto que no campo. Hardware representado (campo do mapa- tecnologia) é usado principalmente para inventários florestais , monitoramento e mapeamento.
Os dados de captura de inserir informações no sistema consome muito do tempo dos profissionais de GIS. Há uma variedade de métodos usados para introduzir dados num SIG onde é armazenado num formato digital.
Os dados existentes impressas em papel ou película PET mapas podem ser digitalizadas ou escaneadas para a produção de dados digitais. Um digitador produz vetores dados como traços de um operador pontos, linhas e limites do polígono de um mapa. Digitalizaçãoum resultado de mapa em dados raster que pode ser processado para produzir dados vetoriais.
Levantamento de dados podem ser inseridos em um SIG de sistemas digitais de coleta de dados em instrumentos de pesquisa usando uma técnica chamada geometria coordenada (COGO) . Posições de um sistema global de navegação por satélite (GNSS) comoSistema de Posicionamento Global também pode ser recolhida e depois importados para o SIG. A tendência atual na coleta de dados dá aos usuários a capacidade de utilizar computadores de campo com a possibilidade de editar dados em tempo real utilizando conexões sem fio ou sessões de edição desconectados. Isto tem sido aumentada pela disponibilidade de baixo custo unidades de mapeamento de grau GPS com precisão decímetro em tempo real. Isso elimina a necessidade de postar processo, importação e atualizar os dados no escritório após o trabalho de campo foram coletados. Isto inclui a capacidade de incorporar posições coletados através de um telêmetro a laser . As novas tecnologias também permitem aos usuários criar mapas bem como a análise diretamente no campo, fazendo projetos mais eficientes e mapeamento mais preciso.
Teledetectadas dados também desempenha um papel importante na recolha de dados e consistem de sensores ligados a uma plataforma. Os sensores são câmeras digitais, scanners e LIDAR , enquanto plataformas consistem geralmente em aviões e satélites .Recentemente, com o desenvolvimento de UAVs em miniatura , a coleta de dados aérea está se tornando possível a custos muito mais baixos, e numa base mais freqüente. Por exemplo, o Escoteiro Aeryon foi usado para mapear uma área de 50 acres com umadistância de amostra moída de 1 polegada (2,54 cm), em 12 minutos. [18]
A maioria dos dados digitais atualmente vem de foto-interpretação de fotografias aéreas. Suave cópia de estações de trabalho são usados para digitalizar recursos diretamente pares estereoscópicos de fotografias digitais. Estes sistemas permitem que os dados sejam capturados em duas e três dimensões, com elevações medidos diretamente a partir de um par estéreo usando os princípios de fotogrametria . Analógicas fotografias aéreas devem ser verificados antes de serem introduzidas no sistema soft-cópia, de alta qualidade passo câmeras digitais é ignorado.
Satélite de sensoriamento remoto fornece outra importante fonte de dados espaciais. Aqui satélites usar pacotes de diferentes sensores para medir passivamente a reflectância de partes do espectro eletromagnético ou ondas de rádio que foram enviados a partir de um sensor ativo, tais como radar. O sensoriamento remoto coleta de dados raster que pode ainda ser processados utilizando diferentes bandas para identificar objetos e classes de interesse, tais como cobertura do solo.
Quando os dados são capturados, o usuário deve considerar se os dados devem ser capturados com uma precisão de um parente ou precisão absoluta, uma vez que este poderia não só influenciar como a informação será interpretado, mas também o custo de captura de dados.
Depois de inserir dados em um SIG, os dados geralmente exige a edição, para remover os erros, ou de processamento adicional. Para os dados do vetor deve ser feita "topologicamente correto" antes que possa ser utilizada para algumas análises avançadas. Por exemplo, em uma rede de estradas, linhas deve ligar-se com os nós em uma intersecção. Erros como aquém e ultrapassagens também devem ser removidas. Para mapas digitalizados, manchas sobre o mapa de origem pode precisar de ser removido do resultante quadrícula . Por exemplo, um grão de poeira pode conectar duas linhas que não devem ser conectados.
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Tradução Raster-à-vetor
Reestruturação de dados pode ser realizada por um SIG para converter os dados para diferentes formatos. Por exemplo, um SIG pode ser usado para converter um mapa de imagem de satélite para uma estrutura de vector através da geração de linhas em torno de todas as células com a mesma classificação, enquanto a determinação das relações espaciais, de células, tais como adjacência ou inclusão.
Mais avançada de processamento de dados pode ocorrer com o processamento de imagem , uma técnica desenvolvida no final dos anos 1960 por NASA e do setor privado para proporcionar um aumento de contraste, reprodução de cores falsas e uma variedade de outras técnicas, incluindo o uso de duas dimensões transformadas de Fourier . Uma vez que os dados digitais são recolhidos e armazenados em várias maneiras, as duas fontes de dados não podem ser totalmente compatível. Assim, um SIG deve ser capaz de converter os dados geográficos de uma estrutura para o outro.
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Projeções, sistemas de coordenadas e de registro
Ver artigo principal: Projeção Mapa
A terra pode ser representado por vários modelos, cada um dos quais pode proporcionar um conjunto diferente de coordenadas (por exemplo, em latitude e longitude de elevação,) para qualquer dado ponto na superfície da Terra. O modelo mais simples é assumir a Terra é uma esfera perfeita. Como medidas mais da terra tem acumulado, os modelos da terra se tornaram mais sofisticados e mais precisos. Na verdade, existem modelos chamados datums que se aplicam a áreas diferentes da terra para proporcionar maior precisão, como NAD27 para medições dos EUA, eo Sistema Geodésico Mundial para medições em todo o mundo.
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Análise espacial com SIG
SIG análise espacial é um campo em rápida mudança, e pacotes de SIG são cada vez mais incluindo ferramentas analíticas como padrão interno em instalações, como conjuntos de ferramentas opcionais, como add-ins ou de analistas. Em muitos casos estes são fornecidos pelos fornecedores de software originais (fornecedores comerciais ou de colaboração de equipes de desenvolvimento não comerciais), enquanto em outros casos, instalações foram desenvolvidos e são fornecidos por terceiros. Além disso, muitos produtos oferecem kits de desenvolvimento de software (SDKs), linguagens de programação e suporte de idiomas, instalações de script e / ou interfaces especiais para desenvolver suas próprias ferramentas analíticas ou variantes. O site "Análise Geoespacial" e associado tentativa livro / ebook para fornecer um guia razoavelmente abrangente do assunto. [19] O aumento da disponibilidade criou uma nova dimensão à inteligência de negócios denominado " inteligência espacial ", que, quando abertamente entregue via intranet, democratiza acesso aos dados geográficos e de rede social. SIG análise espacial também se tornou um elemento-chave para a segurança de inteligência GEOINT .
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Slope e aspecto
Inclinação pode ser definida como a inclinação ou gradiente de uma unidade de terreno, geralmente medido como um ângulo em graus ou como uma percentagem. Aspect pode ser definida como a direcção em que uma unidade de faces do terreno. Aspect é normalmente expressa em graus norte. Declive, e curvatura da superfície na análise do terreno são todos derivados de operações de bairro, utilizando valores de elevação dos vizinhos adjacentes de uma célula. [20] Slope é uma função da resolução e da resolução espacial utilizada para calcular inclinação e aspecto deve ser sempre especificada. [21] Autores como Skidmore, [22] Jones [23] e Zhou e Liu [24] compararam as técnicas de cálculo de inclinação e aspecto.
O seguinte método pode ser utilizado para derivar inclinação e aspecto:
A elevação em um ponto ou unidade de terreno terá tangentes perpendiculares (inclinação) que passam pelo ponto, na direção leste-oeste e norte-sul. Estas duas tangentes dar dois componentes, ∂ z / ∂ x e ∂ z / ∂ y, que, em seguida, ser utilizado para determinar a direcção geral do declive, eo aspecto da encosta. O gradiente é definido como uma quantidade vector com componentes iguais às derivadas parciais da superfície no direcções xey. [25]
O cálculo do total 3x3 grade S inclinação e aspecto Um dos métodos que determinam leste-oeste e norte-sul componente utilizar as seguintes fórmulas, respectivamente:
Zhou e Liu [24] descrevem um outro algoritmo de cálculo de aspecto, como se segue:
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A análise dos dados
É difícil relacionar zonas húmidas mapas de precipitação valores registrados em pontos diferentes, tais como aeroportos, estações de televisão, e escolas secundárias. Um SIG, no entanto, pode ser usado para descrever duas e características tridimensionais da superfície da Terra, subsuperfície, e atmosfera de pontos de informação. Por exemplo, um SIG pode gerar rapidamente um mapa com isopleto ou linhas de contorno que indicam diferentes quantidades de chuva.
Esse mapa pode ser pensado como um mapa de contorno da chuva. Muitos métodos sofisticados pode estimar as características de superfícies a partir de um número limitado de medições de ponto. Um mapa de contorno bidimensional criado a partir da modelagem de superfície de medições de precipitação de ponto podem ser sobrepostas e analisados com qualquer outro mapa num SIG cobrindo a mesma área.
Além disso, a partir de uma série de pontos tridimensionais, ou modelo digital de elevação, as linhas representam isopleto contornos de elevação pode ser gerado, juntamente com a análise de inclinação, relevo sombreado , e os produtos de elevação outros. Bacias hidrográficas pode ser facilmente definida para qualquer alcance dado, computando todas as áreas contíguas e de subida a partir de qualquer ponto de interesse. Da mesma forma, um esperado talvegue de que as águas superficiais gostaria de viajar em córregos intermitentes e permanentes podem ser computados a partir de dados de elevação em SIG.
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modelagem topológica
Um SIG é capaz de reconhecer e analisar as relações espaciais que existem dentro armazenados digitalmente dados espaciais. Estes relacionamentos topológicos permitem modelagem espacial complexo e análise a ser realizada. Relações topológicas entre entidades geométricas tradicionalmente incluem adjacência (o que é contíguo com o quê), contenção (o que inclui o quê), e de proximidade (como algo próximo é outra coisa).
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Redes geométricas
Redes geométricas são redes lineares de objectos que podem ser usados para representar características interligados, e para executar a análise espacial especial sobre eles. A rede geométrica é composta por bordas, que são conectadas em pontos de junção, semelhante a gráficos em matemática e ciência da computação. Assim como os gráficos, as redes podem ter um peso eo fluxo atribuído às suas bordas, que pode ser usado para representar várias características interligadas com mais precisão. Redes geométricas são frequentemente utilizados para modelos de redes de estradas e serviços públicos de redes, tais como gás, energia elétrica, e redes de água. Modelagem de rede também é comumente empregado no planejamento de transporte , hidrologia , modelagem e infra-estrutura de modelagem.
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modelagem hidrológica
Modelos hidrológicos GIS pode fornecer um elemento espacial que outros modelos hidrológicos falta, com a análise de variáveis, tais como aspecto, inclinação e bacia ou bacia hidrográfica . [26] análise do terreno é fundamental para a hidrologia, desde que a água sempre desce uma ladeira. [26 ] Como a análise do terreno básico de um modelo de elevação digital (DEM) envolve o cálculo de declividade e aspecto, DEMs são muito úteis para a análise hidrológica. Inclinação e de aspecto pode então ser usado para determinar a direcção de escoamento superficial e, portanto, a acumulação de fluxo para a formação de ribeiros, rios e lagos. Áreas de fluxo divergente também pode dar uma indicação clara dos limites de uma bacia hidrográfica. Uma vez que a direcção do fluxo e matriz de acumulação foi criado, as consultas podem ser realizadas que mostram contribuindo ou áreas de dispersão em um determinado ponto. [26] Mais detalhes podem ser adicionados ao modelo, como a rugosidade do terreno, tipos de vegetação e tipos de solo, que pode influenciar a infiltração e as taxas de evapotranspiração e, portanto, influenciando o fluxo de superfície. Um dos usos principais da modelagem hidrológica está napesquisa da contaminação ambiental .
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Modelagem Cartográfica
Um exemplo de uso de camadas em uma aplicação de SIG. Neste exemplo, a camada de cobertura florestal (luz verde) está na parte inferior, com a camada topográfico sobre ele. Em seguida é a camada de fluxo, em seguida, a camada limite, então a camada de estrada. A ordem é muito importante, a fim de apresentar correctamente o resultado final. Note-se que a camada de lagoa foi localizado imediatamente abaixo da camada de fluxo, de modo que uma linha de fluxo pode ser visto que recobre um dos tanques.
A "modelagem cartográfica" foi provavelmente cunhado por Dana Tomlin em sua dissertação de doutoramento e mais tarde em seu livro que tem o termo no título. Modelagem cartográfica refere-se a um processo em que várias camadas temáticas da mesma área são produzidos, processados e analisados. Tomlin utilizado camadas de varredura, mas o método de sobreposição (ver abaixo) pode ser usado mais geralmente. Operações em camadas de mapas podem ser combinados em algoritmos, e eventualmente em modelos de simulação ou otimização.
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Mapa de sobreposição
A combinação de vários conjuntos de dados espaciais (pontos, linhas ou polígonos ) cria um dataset novo vetor de saída, visualmente semelhante ao empilhamento de vários mapas da mesma região. Estas sobreposições são semelhantes aos matemáticos diagrama de Venn sobreposições. A união de sobreposição combina as características geográficas e tabelas de atributos de ambas as entradas em uma única saída nova. Uma intersecção sobreposição define a área onde ambas as entradas sobrepõem-se e mantém um conjunto de campos de atributos para cada um. Uma diferença simétricasobreposição define uma área de saída, que inclui a área total de ambas as entradas excepto para a área de sobreposição.
Extracção de dados é um processo semelhante ao SIG sobreposição vector, embora possa ser utilizado em qualquer vector ou análise de dados de varredura. Em vez de combinar as propriedades e características de ambos os conjuntos de dados, extração de dados envolve o uso de um "clip" ou "máscara" para extrair as características de um conjunto de dados que se inserem no âmbito espacial de outro conjunto de dados.
Na análise de dados raster, a sobreposição de conjuntos de dados é realizada através de um processo conhecido como "operação local em rasters múltiplas" ou " álgebra de mapas ", através de uma função que combina os valores de cada raster da matriz . Esta função pode pesar algumas entradas mais do que os outros através do uso de um "modelo de índice", que reflete a influência de vários fatores sobre um fenômeno geográfico.
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Geoestatística
Ver artigo principal: Geoestatística
Geoestatística é uma análise de ponto-padrão que produz previsões de campo de pontos de dados. É uma maneira de olhar para as propriedades estatísticas desses dados especiais. É diferente de aplicações gerais de estatísticas porque emprega a utilização de teoria de gráfico e álgebra matriz para reduzir o número de parâmetros nos dados.Apenas as propriedades de segunda ordem dos dados de SIG são analisados.
Quando os fenômenos são medidos, os métodos de observação ditar a precisão de qualquer análise subseqüente. Devido à natureza dos dados (por exemplo, os padrões de tráfego em um ambiente urbano; padrões de tempo ao longo do Oceano Pacífico ), um grau constante ou dinâmica de precisão é sempre perdido na medição. Esta perda de precisão é determinada a partir da escala e distribuição da coleta de dados.
Para determinar a significância estatística da análise, uma média é determinada de modo que os pontos (gradientes) fora de qualquer medição imediata pode ser incluído para determinar o seu comportamento previsto. Isto é devido às limitações da estatística aplicada e métodos de recolha de dados, e de interpolação é necessária para predizer o comportamento das partículas, pontos, e os locais que não são directamente mensurável.
Hillshade modelo derivado de um Modelo Digital de Elevação da Valestra área nos Apeninos setentrionais (Itália)
Interpolação é o processo pelo qual uma superfície é criado, geralmente um conjunto de dados de varredura, através da entrada dos dados recolhidos a um número de pontos de amostra. Existem várias formas de interpolação, cada um, que trata os dados de forma diferente, dependendo das propriedades do conjunto de dados. Na comparação entre métodos de interpolação, a primeira consideração deve ser ou não os dados de origem vai mudar (exata ou aproximada). Em seguida é se o método é subjetivo, uma interpretação humana, ou objetivo. Depois, há a natureza das transições entre os pontos: são abrupta ou gradual. Finalmente, há se um método é global (ele usa os dados para formar todo o conjunto do modelo), ou local onde um algoritmo é repetido para uma pequena parte do terreno.
Interpolação é uma medida justificada por causa de um princípio de auto-correlação espacial que reconhece que os dados coletados em qualquer posição terá uma grande semelhança, ou influência desses locais na sua vizinhança imediata.
Modelos digitais de elevação e redes irregulares trianguladas , borda de averiguação algoritmos, polígonos Thiessen eanálise de Fourier e (ponderada) médias móveis , ponderação inverso da distância , krigagem , estrias e análise de superfície de tendência são todos os métodos matemáticos para produzir dados intercalados.
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geocodificação de endereços
Ver artigo principal: Geocodificação
Geocodificação é interpolar localizações espaciais (coordenadas X, Y) de endereços de rua ou de quaisquer outros dados espacialmente referenciados, tais como códigos postais, muito encomendas e localizações de endereço. Um tema de referência é necessário para geocode endereços individuais, tais como um ficheiro de estrada linha central com intervalos de endereços. As localizações de endereços individuais têm sido historicamente interpolados, ou estimado, examinando intervalos de endereços ao longo de um troço de estrada. Estes são geralmente fornecidas sob a forma de uma tabela ou base de dados. O software irá então colocar um ponto aproximadamente onde esse endereço pertence ao longo do segmento da linha central. Por exemplo, um ponto de endereço de 500 estará no ponto médio de um segmento de linha que se inicia com um endereço e termina com o endereço 1000. Geocodificação também pode ser aplicada contra os dados reais de encomendas, tipicamente a partir de mapas fiscais municipais. Neste caso, o resultado da geocodificação será um espaço realmente posicionado em oposição a um ponto interpolado. Esta abordagem está sendo cada vez mais usado para fornecer informações de localização mais precisa.
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geocodificação reversa
Geocodificação reversa é o processo de retornar um número estimado endereço rua que se refere ao meio de coordenadas. Por exemplo, um usuário pode clicar em um tema central estrada (proporcionando assim um sistema de coordenadas) e ter informações retornadas que reflete o número estimado casa. Este número de casa é interpolado a partir de uma gama atribuído a esse segmento da estrada. Se o usuário clica no ponto médio de um segmento que começa com o endereço 1 e termina com 100, o valor retornado será em algum lugar perto de 50. Note-se que a geocodificação reversa não retorna endereços reais, apenas as estimativas de que deve ser lá com base no intervalo pré-determinado.
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Análise de Decisão múltiplos critérios
Juntamente com GIS, Multi-Critérios de análise de decisão métodos de apoiar os decisores na análise de um conjunto de alternativas de soluções espaciais, tais como o habitat mais provável para a restauração ecológica, contra vários critérios, tais como cobertura vegetal ou estradas. MCDA usa regras de decisão para agregar os critérios, o que permite que as soluções alternativas para ser classificado ou priorizados. [27] GIS MCDA pode reduzir os custos eo tempo envolvidos na identificação de locais de restauração potenciais.
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Saída de dados e cartografia
Cartografia é a concepção e produção de mapas ou representações visuais de dados espaciais. A grande maioria da cartografia moderna é feita com a ajuda de computadores, geralmente usando GIS, mas cartografia qualidade da produção também é conseguido através da importação de camadas em um programa de design para refiná-la. A maioria de software SIG dá o controlo de utilizador substancial sobre a aparência dos dados.
Trabalho cartográfico tem duas funções principais:
Primeiro, que produz gráficos na tela ou no papel que transmitem os resultados da análise para as pessoas que tomam decisões sobre os recursos. Mapas de parede e outros gráficos podem ser gerados, permitindo que o espectador a visualizar e compreender, assim, os resultados de análises ou de simulações de eventos potenciais. Servidores Mapa da Web facilitar a distribuição de mapas gerados através de navegadores web usando várias implementações de web-based (application programming interfaces AJAX , Java ,flash , etc.)
Em segundo lugar, a informação outra base de dados pode ser gerada para posterior análise ou utilização. Um exemplo seria uma lista de todos os endereços dentro de uma milha (1,6 km) de um vazamento tóxico.
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técnicas de visualização gráfica
Mapas tradicionais são abstrações do mundo real, uma amostra de elementos importantes retratado em uma folha de papel com símbolos para representar objetos físicos.Pessoas que usam mapas devem interpretar esses símbolos. mapas topográficos mostram a forma da superfície terrestre com linhas de contorno ou com relevo sombreado .
Hoje, técnicas de exposição de gráficos, como sombreamento com base na altitude em um SIG pode fazer relações entre os elementos do mapa visíveis, aumentando a habilidade de extrair e analisar informações. Por exemplo, dois tipos de dados foram combinados em um SIG para produzir uma vista em perspectiva de uma porção de San Mateo , Califórnia .
- O modelo digital de elevação , que consiste de elevações da superfície gravados em uma grade horizontal de 30 metros, mostra altitudes elevadas como elevação branco e baixo como preto.
- O acompanhamento Landsat Thematic Mapper imagem mostra uma imagem em falsa cor infravermelha olhando para a mesma área em 30 metros de pixels, ou elementos de imagem, para os mesmos pontos de coordenadas, pixel por pixel, como a informação de elevação.
Um SIG foi utilizado para registrar e combinar as duas imagens para tornar o tridimensional perspectiva olhando para a Falha de San Andreas , usando os pixels da imagem Thematic Mapper, mas sombreada usando a elevação dos acidentes geográficos . O display SIG depende do ponto de visão do observador e da hora da exibição, para processar corretamente as sombras criadas pelos raios do sol naquela latitude, longitude e hora do dia.
Um archeochrome é uma nova forma de exibição de dados espaciais. É uma temática sobre um mapa 3D que é aplicado a um edifício específico ou uma parte de um edifício. É adequado para a apresentação visual de calor perda de dados.
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Spatial ETL
Spatial ETL ferramentas fornecem a funcionalidade de processamento de dados tradicional Extract, Transform, Load software (ETL), mas com um foco primário na capacidade de gerenciar dados espaciais. Eles fornecem aos usuários de GIS com a capacidade de traduzir os dados entre diferentes padrões e formatos proprietários, enquanto geometricamente transformar os dados em trânsito.
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Mineração de Dados GIS
GIS ou espacial de mineração de dados é a aplicação de métodos de mineração de dados para dados espaciais. A mineração de dados, que é a busca parcialmente automatizado para padrões ocultos em bases de dados de grande porte, oferece grandes benefícios potenciais para a tomada de decisão aplicada baseada em SIG. Aplicações típicas incluem monitoramento ambiental. Uma característica de tais aplicações é a de que a correlação espacial entre as medições de dados requerem a utilização de algoritmos especializados para análise de dados mais eficiente. [28]
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GIS desenvolvimentos
Muitas disciplinas podem se beneficiar da tecnologia GIS. Um mercado de GIS ativo resultou em redução de custos e melhorias contínuas nos componentes de hardware e software de GIS. Estes desenvolvimentos, por sua vez, resultam em um uso muito mais amplo da tecnologia [ pesquisa original? ]em toda a ciência, governo, negócios e indústria , com aplicações, incluindo imobiliário , saúde pública ,mapeamento da criminalidade , defesa nacional , desenvolvimento sustentável , naturais recursos earquitetura da paisagem , arqueologia , regional e comunidade, os planejamentos de transporte e logística. GIS é também divergentes em serviços baseados em localização , que permite GPS dispositivos móveis habilitados para exibir sua localização em relação aos ativos fixos (restaurante mais próximo, posto de gasolina, hidrante), bens móveis (amigos, filhos, carro de polícia) ou a relé a sua posição de volta para um servidor central para exibição ou outro processamento. Estes serviços continuam a desenvolver com a maior integração da funcionalidade GPS com cada vez mais potentes eletrônicos móveis (telefones celulares, PDAs, laptops). [29]
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OGC padrões
Ver artigo principal: Open Geospatial Consortium
O Open Geospatial Consortium é um consórcio da indústria internacional de 384 empresas, agências governamentais, universidades e indivíduos que participam em um processo de consenso para desenvolver especificações de geoprocessamento publicamente disponíveis. Interfaces abertas e protocolos definidos pelas Especificações OpenGIS apoiar soluções interoperáveis serviços que "geo-habilitar" a Web sem fio, e baseados em localização e principais TI e capacitar os desenvolvedores de tecnologia para tornar as informações espaciais complexas e serviços acessíveis e úteis com todos os tipos de aplicações . Protocolos Open Geospatial Consortium incluem Web Map Service e Web Feature Service . [30]
Os produtos GIS são discriminadas pela OGC em duas categorias, com base em quão completamente e com precisão o software segue as especificações do OGC.
Padrões OGC ajudar a comunicar as ferramentas GIS.
Produtos compatíveis são produtos de software que atendam às especificações do OGC do OpenGIS. Quando um produto foi testado e certificado como compatível através do Programa de Testes OGC, o produto é registrado automaticamente como "compatível" neste site.
Produtos de execução são produtos de software que implementam as especificações OpenGIS, mas ainda não passou por um teste de conformidade. Testes de conformidade não estão disponíveis para todas as especificações. Os desenvolvedores podem registrar seus produtos como a implementação de projecto ou especificações aprovadas, embora OGC reserva-se o direito de revisar e verificar cada entrada.
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mapeamento Web
Ver artigo principal: o mapeamento da Web
Nos últimos anos tem havido uma explosão de aplicações de mapas na web, como Google Maps e Bing Maps .Esses sites dão ao público acesso a enormes quantidades de dados geográficos.
Alguns deles, como o Google Maps e OpenLayers , expor uma API que permitem aos usuários criar aplicativos personalizados. Estas ferramentas geralmente oferecem mapas de ruas, aérea / imagens de satélite, geocodificação, pesquisas e funcionalidades de roteamento. Outras aplicações para a publicação de informação geográfica na web incluem Cadcorp 's GeognoSIS, ESRI 's ArcIMS Server, Google Earth , Google Fusion Tables , e as alternativas de código aberto MapServer , Mapnik e GeoServer .
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A mudança climática global, o programa de história do clima e previsão do seu impacto
Os mapas têm sido tradicionalmente usada para explorar a Terra e para explorar seus recursos. Tecnologia GIS, como uma expansão da ciência cartográfica, aumentou a eficiência e poder analítico do mapeamento tradicional. Agora, como a comunidade científica reconhece as conseqüências ambientais de antropogênicas atividades influenciam as alterações climáticas, a tecnologia GIS está se tornando uma ferramenta essencial para compreender os impactos desta mudança ao longo do tempo. [31] GIS permite a combinação de várias fontes de dados com mapas existentes e up-to-date informações de satélites de observação da Terra, juntamente com as saídas dos modelos de mudança climática. Isso pode ajudar na compreensão dos efeitos da mudança climática sobre sistemas complexos naturais. Um dos exemplos clássicos desta é o estudo do derretimento do gelo ártico .
As saídas de um SIG na forma de mapas combinados com imagens de satélite permitem aos pesquisadores ver os seus assuntos de forma que literalmente nunca foram vistas antes. As imagens também são de valor inestimável para a transmissão dos efeitos da mudança climática para não-cientistas.
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Adicionando a dimensão do tempo
A condição da superfície da Terra, a atmosfera, e subsuperfície pode ser examinado por alimentação de dados via satélite em um SIG. Tecnologia SIG dá aos pesquisadores a capacidade de analisar as variações nos processos da Terra ao longo de dias, meses e anos. Como exemplo, as mudanças no vigor da vegetação através de uma estação de crescimento pode ser animada para determinar quando a seca foi mais extensa em uma determinada região. O gráfico resultante, conhecido como índice de vegetação normalizado, representa uma medida aproximada da saúde da planta. Trabalhar com duas variáveis ao longo do tempo, então, permitir que os pesquisadores para detectar diferenças regionais na defasagem entre uma redução das chuvas e seus efeitos sobre a vegetação.
Tecnologia GIS e da disponibilidade de dados digitais em escalas regionais e globais permitir tais análises. A saída do sensor de satélite usado para gerar um gráfico vegetação é produzida por exemplo pelo Avançado de Alta Resolução Radiometer (AVHRR). Este sistema sensor detecta a quantidade de energia refletida pela superfície da Terra em várias faixas do espectro para as áreas de superfície de cerca de 1 quilômetro quadrado. O sensor de satélite produz imagens de uma localização particular na Terra duas vezes por dia.AVHRR e, mais recentemente, o moderado-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) são apenas dois dos muitos sistemas de sensores utilizados para análise da superfície da Terra. Mais sensores seguirá, gerando quantidades cada vez maiores de dados.
Além da integração do tempo em estudos ambientais, GIS também está sendo explorada por sua capacidade de controlar e modelar o progresso dos seres humanos ao longo das suas rotinas diárias. Um exemplo concreto de progresso nesta área é o recente lançamento de dados em tempo-específicas da população pelo Censo dos EUA . Neste conjunto de dados, as populações das cidades são mostradas para o dia ea noite destaque para o padrão de concentração e dispersão gerada pelos padrões norte-americanos pendulares.A manipulação e geração de dados necessários para produzir esses dados não teriam sido possíveis sem GIS.
Usando modelos para projetar os dados na posse de um SIG para frente no tempo permitiram que os planejadores para testar decisões políticas, utilizando Sistemas de Suporte à Decisão Espacial .
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Semântica
Ferramentas e tecnologias emergentes da W3C Semantic Web Activity estão provando útil para integração de dados de problemas em sistemas de informação. Do mesmo modo, essas tecnologias têm sido propostas como um meio de facilitar a interoperabilidade e reutilização de dados entre aplicações de GIS. [32] [33] e também para permitir que novos mecanismos de análise. [34]
Ontologias são um componente essencial desta abordagem semântica, pois permitem que um formal, especificação de leitura óptica dos conceitos e relações em um determinado domínio. Este, por sua vez permite um SIG para focar o significado pretendido de dados ao invés de sua sintaxe ou a estrutura. Por exemplo, o raciocínio de que um tipo de cobertura do solo classificado como árvores de folha caduca needleleaf em um conjunto de dados é uma especialização ou um subconjunto de floresta tipo de cobertura em outro conjunto de dados mais ou menos classificados pode ajudar um SIG automaticamente mesclar os dois conjuntos de dados sob a classificação mais geral da cobertura da terra. Ontologias tentativas têm sido desenvolvidas em áreas relacionadas com aplicações de SIG, por exemplo, a ontologia hidrologia desenvolvido pela Ordnance Surveyno Reino Unido e as ontologias DOCE desenvolvidos pela NASA 's Jet Propulsion Laboratory . Além disso, ontologias simples e padrões de metadados semânticos estão sendo propostos pelo W3C Geo Incubadora grupo para representar os dados geoespaciais na web.
Resultados de pesquisas recentes nesta área pode ser visto na Conferência Internacional sobre Semântica Geoespacial e da Cognita Terra - Orientações para a Web Semântica Geoespacial oficina na Conferência Internacional da Web Semântica.
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Sociedade
Artigos principais: neogeografia e GIS Participação Pública
Com a popularização do SIG na tomada de decisões, os estudiosos [ quem? ] começaram a examinar as implicações sociais do GIS. Tem sido argumentado [ por quem? ] que a produção, distribuição, utilização e representação da informação geográfica são em grande parte relacionado com o contexto social. [ esclarecimentos necessários ] Outros tópicos relacionados incluir a discussão sobre direitos autorais , privacidade e censura . Uma abordagem mais otimista social para adoção GIS é usá-lo como uma ferramenta para a participação do público.
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Ver também
